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有源滤波器的拓扑结构分析与比较

2021-03-29

近年来 ,各种基 于电力 电子技术 的非线性装置在 电力系统中 的应用 日 益广 泛,使得谐波 危害 日益严重 。为了保证电力系统 的安全经济运行 ,必须 对 谐波污 染进 行治理,以改善电能质量[11。 就当前的工业现实而言,抑制谐波 的基 本手 段是装设各类滤波补偿 装 置,如无源滤波器和有源滤波 器。无源滤波 器的结构简单,经济性好 ,但 易 受 电网阻抗和运行状态 影响而 与系统发 生谐振 ,且仅能补偿固定频率 的谐 波 。而有源滤波器(Active Power Filter,APF)$0可以解 决这些 问题,并且可以 自动跟踪补偿变化的谐波,具有高度可控性,因而具有极高的发展前景 1。 本文结合近些年国 内外有源滤波器的研究情况 ,重点对其拓 扑结构进 行总结和分析 。在此基础上对其发展前景进 行了展望 。 1 APF的拓扑结构和原理 根据接入 电网方式分类的各种交流有源 滤波器 如图 1所示 。 并联型表现 出电流源特 性,向 电网注入补 偿电流 ,抵 消谐波源产 生的 电流谐波 ,使 电源 电流成为正弦波 。主要用于补偿 电流型谐波源,如直流侧 为 阻感负载 的整流 电路 ,也可 以补偿三相不对称 电流和供 电点 电压波 动目。 其 主要缺 点是:交流 电源 的基波 电压直接(或经变压器1施加 到逆变 器上,补 偿 电流基本 由逆变器提供 ,因此对逆变器的容量要求较 高。 (a)并联 (b)串联 (c)并联混合 (d)串联 混合 (e)串并联混合 ∞UPFC 图l按接入电网方式分类的交流有源滤波器 FigureI AC active iflter classified by modes of switching in power network 串联型有源滤波器作为受控 电压源输 出补 偿电压,用来补偿 电压型谐 波 源(如 电容滤 波型整流 电路)或 抑制电源 电压 畸变 ,使供 电点电压变为理 想正弦 工频电压 。其缺 点主要有 : (1)输出电压等于电网谐波电流乘 以系数 K。较大 的 K值会提高补偿 性能但却要求更 大的容量,且可能 引起系统不稳 定,因而 K值 一般只 能取 2-8。 (2)为使有源滤波器的输 出频带较宽 ,要求开 关器 件工作在较高 的开 关频率下,增 大了开 关损耗 并产生较严重 的电磁干扰。 (3)耦合变压器对各次谐波应有较高 的线性度 ,增大 了变 压器设 计的 难度 。 为了兼顾经 济成本和滤波效果 ,各种混合 型有 源滤 波器应运而生 。其 主要思路是:用无源 滤波器滤除谐 波源 中的主 要谐 波 ,用有源滤 波器提高 总体补偿效果。 并联混合型有 两种形式:其一是用 APF滤 除低 次谐波,将无源滤 波器 选为 高通滤 波器 来补偿较高次谐波 ,从而使 APF主电路中的器件 开关频 率 降低 。由于无源 滤波器 只补偿 了少部分谐波 ,所 以其对降低 APF容量 的 作用 并不 明显 。

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